不同类型低质林生物多样性的综合评价

张树森

（黑龙江省尚志国有林场管理局，尚志 150600）

不同类型低质林生物多样性的综合评价

张树森

（黑龙江省尚志国有林场管理局，尚志 150600）

在翠峰林场选择5种不同类型低质林进行生物多样性综合评价：阔叶混交低质林的综合指数最高，稳定性最高；白桦低质林生物多样性指数较高，稳定性次之；针阔混交低质林生物多样性指数一般，稳定性一般；蒙古栎低质林生物多样性指数较低，稳定性较弱；山杨低质林生物多样性指数最低，生物多样性很低，稳定性很差。

低质林；生物多样性；熵值；综合评价

在我国大兴安岭地区，受过度采伐和森林火灾的影响，使该地区产生了大量低质林，极大地影响了大兴安岭地区森林生态系统的稳定。本研究在大兴安岭地区选择5种典型的低质林林分为研究对象，采用生物多样性指数比较了5种低质林的差异，以期为大兴安岭地区低质林生态系统的恢复提供参考。

1 供试林地概况

加格达奇林业局翠峰林场位于大兴安岭山脉的东南坡，地理坐标124°23′47.8″～124°24′35.1″E，50°34″9.17″～50°34′32.0″N，属于低山丘陵地貌，海拔429～521 m，坡度10°左右，林地土壤为暗棕色土壤，厚度在10～25 cm，整年无霜期80～110天。该地区属于寒温带大陆性季风气候，冬季寒冷，夏季短暂，但昼夜温差很大，年平均气温在-1℃左右，降水量在500 mm。在翠峰林场限伐区174林班划定一个作业区，选取5种有代表性的低质林（表1）。在每种低质林中划定3块20 m×20 m典型样地，其中针阔混交低质林、山杨低质林、蒙古栎低质林、白桦低质林、阔叶混交低质林样地的编号分别为1～3、4～6、7～9、10～12、12～15。统计每块典型样地内所有乔木的种类、数量；在典型样地的四个边角及中央位置设置5个5 m×5 m的灌木样方，调查其内灌木的种类和数量；在5个灌木样方的中央位置设置1个1 m×1 m的草本样方，统计其内草本植物的种类和数量。

表1 供试样地基本情况

2 研究方法

2.1 生物多样性的计算方法

物种丰富度是指一定空间范围内生物物种数量的丰富性，常用Margalef指数（D）表示；物种多样性指数是物种丰富度和物种多样性的函数关系，常用Shannon-wiener指数（H′）表示；均匀度指数是一个能够将物种丰富度和多样性关联在一起的指数，应用最多的是Pielous均匀度指数（J）。

式中，N为物种数量，S为每个物种的数量；pi=ni/N，代表第i个物种的相对多度；H′增大,多样性也增高；ni为物种i的数量。

2.2 生物多样性的评价方法

生态系统是一个开放的系统，也是一个典型的热力系统[15-17]。因此，可以利用熵权作为生物多样性评价指标体系[18-20]。

统计力学熵(波尔兹曼熵)：S=K lnW

式中，K为波尔兹曼普适常数；W为物种总数，统计力学熵值的计算与热力学是相关的，W由计算得出；W{Ni}越大,熵值越高,多样性就越复杂，系统越无序。

式中，E为数学期望；P(ai)为ai事件的概率；Ni为某物种的株数；N为样本总株数。

3 结果与分析

3.1 多样性指数分析

由各样地三种多样性指数和熵值（表2）可以看出，15块样地的物种丰富度指数、多样性指数、均匀度指数及三种熵值是不同的。总的来说，混合低质林物种丰富度指数大于单一树种低质林，但白杨低质林、蒙古栎低质林、白桦低质林具有较高的单一物种优势。针阔混交林和阔叶混交林的物种丰富度相对较高，混交林的均匀度呈下降趋势。相反，其他3种低质林具有较高的均匀性，提高了多样性的程度。

3.2 熵值分析

从15块样地的两两之间的关系图（图1、图2）可以看出，15块样地的多样性指数和信息熵值具有同样的起伏趋势，这说明信息熵值、概率测度熵值与生物多样性具有正相关的关系，可以作为物种多样性的评价指标。从图3中可以看出,15个样地的均匀度指数均匀与信息熵值的走势相反，这说明信息熵值与均匀度指数之间存在负相关关系，信息熵值、概率测度熵值可以作为物种均匀度评价指标。从图4中可以出，15个样地的多样性指数与统计力学熵值的趋势走向相同，这说明统计力学熵值和物种多样性指数之间存在正相关的关系，统计力学熵值也可以作为物种多样性的评价指标。

从熵值来看，2、4、6、7、15号样地的概率测度熵值较大，说明物种均匀度比较高，物种多样性比较丰富，表示系统所有物种均匀生长、竞争合理。

表2 15个样地生物多样性指数及熵值

图1 物种数S与Margalef指数关系

图2 Margalef指数与Shannon-wiener指数关系

图3 均匀度指数与信息熵值关系

图4 多样性指数与统计力学熵值关系

图5 5种低质林物种数比较

图6 5种低质林物种丰富度比较

3.3 综合分析

为了更好的对5种不同类型低质林生物多样性进行综合评价，我们对15块样地相关指数的平均值进行了统计，其结果(表3)表明，5种类型低质林的生物多样性指数值有明显不同。从图5到图8中可以看出，5种不同类型低质林在物种数上的排序是：阔叶混交低质林(17)>白桦低质林(14.667)>蒙古栎低质林(12)>针阔混交低质林(10.667)>山杨低质林(7)；在物种丰富度指数（Margalef指数）上：阔叶混交低质林(1.728)>白桦低质林(1.425)>蒙古栎低质林(1.232)>针阔混交低质林(1.133)>山杨低质林(0.863)；在物种多样性指数（Shannon-wiener指数）上：阔叶混交低质林(1.728)>山杨低质林(1.223) >针阔混交低质林(1.148)>蒙古栎低质林(1.148)>白桦低质林(0.649)；在均匀度指数（Pielou指数）上：白桦低质林(0.827)>针阔混交低质林(0.618)>蒙古栎低质林(0.595)>阔叶混交低质林(0.589)>山杨低质林(0.555)。最后，获得不同低质林综合比较图(图9)，其综合排序为：阔叶混交低质林>白桦低质林>针阔混交低质林>蒙古栎低质林>山杨低质林。

表3 5种样地各项指数平均值

4 结论

图7 5种低质林物种多样性比较

图8 5种低质林均匀度比较

图9 5种低质林综合比较

4.1 在5 种典型低质林中，阔叶混交低质林的综合指数最高，物种丰富度也最高，所以其生态系统的稳定性最高，对外来物种及病虫害等的抵抗力也最强，非常适合大兴安岭地区的气候环境。白桦低质林优势种突出，其物种丰富度指数、均匀度指数也很高，具有比较多的物种，局部地区生物多样性高，抗干扰能力一般，稳定性比较高。针阔混交低质林的优势种是兴安落叶松，物种丰富度指数、物种多样性指数、均匀度指数一般，属于正常范畴，灌木层物种多，特有属、种不多,局部地区生物多样性较丰富,但生物多样性总体水平一般，抗干扰能力一般，稳定性一般。蒙古栎低质林优势种突出，占有样地大部分资源，特有属、种不多，生物多样性总体水平较低，对外来物种及病虫害等的抵抗力较弱，稳定性较弱。山杨低质林物种数最少，各项指数最低，说明其物种贫乏,生态系统类型单一、脆弱,对外来物种及病虫害等的抵抗力很弱，生物多样性很低，非常容易受到恶劣天气、病虫害的影响，稳定性很差。

4.2 生物多样性综合排名：阔叶混交低质林>白桦低质林>针阔混交低质林>蒙古栎低质林>山杨低质林。

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第1作者简介：张树森（1963-），男，高级工程师，研究方向：森林经营。

Comprehensive Evaluation of Different Types of Low-quality Forest Biodiversity

ZHANGShusen
（Shangzhi State Forest Farm Authority of Heilongjiang Province,Shangzhi150600）

Choose five different types of low-quality forest for the comprehensive evaluation of biodiversity in Cuifeng Farm.The result showed the comprehensive index of broad-leaved low quality forest highest highest stability;birch low-quality forest biodiversity index were higher in,stability times;mixed coniferous and broad-leaved low quality forest biodiversity index of general,general stability;Quercus mongolica low-quality forest biological diversity index is low,a weaker stability;Aspen low-quality forest biodiversity index minimum,biological diversity is very low,stability is poor.

Low-quality forest stands;Biodiversity;Entropy;Comprehensive evaluation

S718.55+7

A

2017-04-20

（责任编辑：王岳）

1001-9499（2017）04-0047-04